基于大概念開展科學課教學

姜紅方

科學概念及其結(jié)構(gòu)

大概念是指在科學知識的學習過程中，能夠用于解釋和預測較大范圍自然界現(xiàn)象的概念，是一個科學領(lǐng)域中的核心思想。

科學概念可以分解成統(tǒng)一概念、大概念、主要概念、具體概念四個統(tǒng)攝性程度不同的概念。

科學概念中統(tǒng)攝性最高的、上位的叫作統(tǒng)一概念。統(tǒng)一概念是跨學科的，是在不同領(lǐng)域中共同抽象出來的自然界的規(guī)律、觀念或思想。例如“物質(zhì)是變化的”就屬于統(tǒng)一概念。

在統(tǒng)一概念之下的是大概念，它是同一個內(nèi)容主題中最主要、最核心的思想和觀點。例如“生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結(jié)果”“生物需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，為此它們經(jīng)常需要依賴其他生物或與其他生物競爭”等都是大概念。

在大概念之下的是主要概念，主要概念與大概念相比，更加細化、具體，也更適合學生理解，是學生在科學學習過程中要理解運用的。例如“動物能適應(yīng)環(huán)境，通過獲取植物和其他動物的養(yǎng)分來維持生存”“植物能夠適應(yīng)環(huán)境，可制造和獲取養(yǎng)分來維持自身的生存”都是主要概念。

在主要概念之下的是具體概念，它可以細化為好幾項，是教師在科學課堂上教的、學生學習的內(nèi)容。例如“動物的行為能夠適應(yīng)環(huán)境的變化”“植物具有制造和獲取養(yǎng)分的結(jié)構(gòu)”等就是具體概念，而“蛇會冬眠”“植物葉子能進行光合作用”等都是具體事實，是建立具體概念的基礎(chǔ)。

人的知識結(jié)構(gòu)呈金字塔形。最底層的全是事實，在事實上面是統(tǒng)攝性較低的具體概念，具體概念往上分別是主要概念、學科視角下的大概念，再上面是跨學科的主題（統(tǒng)一概念），最上面一層是統(tǒng)攝其他知識的哲學觀點（如圖1）。

學生的科學課程學習（如圖2）不能僅僅停留在事實知識層面，而應(yīng)從事實中抽象出具體概念，從具體概念上升到主要概念，再趨向于大概念。學生通過指向大概念的科學學習，能夠舉一反三地進行知識遷移和運用，能夠解釋更多的具體事實和現(xiàn)象。

布魯納認為：任何學科都有其基本結(jié)構(gòu)，任何與該學科有聯(lián)系的事實、論據(jù)、概念等都可以不斷地納入一個處于不斷統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)之中，這種基本結(jié)構(gòu)就是由各級概念構(gòu)成的學科框架。小學科學生命科學領(lǐng)域的學科知識結(jié)構(gòu)按照從下到上的順序，分別為：第一層是具體的生命世界事實，第二層是生命科學的具體概念，第三層是生命科學的主要概念，第四層是生命科學的大概念。概念性知識是教材的主干，事實性知識是散開的枝葉。概念由眾多事實性知識歸納推理分析得出，具體事實是建立概念的基礎(chǔ)。

基于大概念教學例析

下面以生命科學領(lǐng)域“生物與環(huán)境”主題為例，對大概念、主要概念、具體概念、事實性知識的關(guān)系做簡單說明。

例如，教師在引導學生對仙人掌的刺、松樹的松針進行觀察、研究時，認識到仙人掌的刺和松樹的松針都有利于它們更好地適應(yīng)生存環(huán)境。這個過程就是引導學生把具體事實性知識轉(zhuǎn)化為對具體概念的理解。然后，通過更多的植物適應(yīng)環(huán)境的具體概念，引導學生對“植物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”這個主要概念進行建構(gòu)。再引導學生對若干個相關(guān)的主要概念，如“植物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”“動物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”等進行深入學習，促進學生對“生物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”這一大概念的理解。可見，這一大概念是在大量的關(guān)于植物和動物進化、退化、變異、遺傳等一般性主要概念的基礎(chǔ)上形成的規(guī)律性認識，具有普適性，可以統(tǒng)攝主要概念和具體概念，而且具有遷移運用的價值。學生一旦形成了“生物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”這個大概念，就可以解釋“為什么特定環(huán)境中的植物會有它獨有的特征”，比如沙漠和戈壁灘中的植物為什么葉子會退化成針狀等。學生建構(gòu)了大概念后，就不用學習大量的生命科學領(lǐng)域具體的事實性知識，通過大概念的遷移運用就可以解決大量的事實性問題，不但減輕了學生的學習負擔，而且提高了他們分析問題、解決問題的能力。這就是基于大概念教學的價值所在。

又如，“植物有根、莖、葉、花、果實、種子等器官”是事實性知識，不是具體概念，更不是大概念。“植物由不同的器官組成，這些器官在植物的生長過程中發(fā)揮不同的功能”這句話說明了植物的組成結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的特定功能，是具體概念性的表述。“植物的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”則是主要概念?！吧锏慕Y(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”則是生命科學領(lǐng)域的大概念。學生說出植物各器官的名稱并不重要，因為這是事實性知識，重要的是了解植物每一部分由于結(jié)構(gòu)不同而起到了不同的作用和功能。這是具體概念性要求，也是學生形成“生物的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這個大概念的基礎(chǔ)。

大概念具有超越課堂之外的持久作用和遷移價值，具有廣闊的解釋空間，能夠讓學生理解學科知識，領(lǐng)悟?qū)W科本質(zhì)。因此，教師執(zhí)教這部分內(nèi)容時，要組織學生對植物各部分器官的結(jié)構(gòu)進行觀察研究，在此基礎(chǔ)上探究各器官的功能。在研究過程中，學生會體悟到植物各部分器官都有它特定的結(jié)構(gòu)和功能。再通過對更多植物、動物的研究，教師引導學生理解“生物的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這個大概念。在日后的學習和生活中，學生借助這個大概念，可以舉一反三地對更多的生物體結(jié)構(gòu)和功能進行科學解釋。

從以上分析可知，大概念不同于主要概念和具體概念，它可以統(tǒng)攝下位概念，可以揭示知識的本質(zhì)和學科知識之間的聯(lián)系，具有統(tǒng)整學科知識的功能。具體概念和主要概念可以解釋很多具體知識，但解釋的空間和遷移價值遠不如大概念。大量的具體事實性知識，是形成具體概念的基礎(chǔ)。大量的具體概念，是形成主要概念的基礎(chǔ)，是形成大概念的保證。學生對科學大概念的理解，可以促使他們整體地、有聯(lián)系地、本質(zhì)地看問題，形成科學的思維習慣，掌握有效的科學學習方法。